中南大学研发新型智能手机传感器 5 分钟实现超灵敏广谱细菌检测

细菌感染一直是威胁公共卫生安全的重要因素，尤其在食品污染、水源性疾病防控领域，快速精准的细菌检测是实现早期干预的关键。传统检测方法如平板培养计数、酶联免疫吸附试验（ELISA）和聚合酶链式反应（PCR）等，虽精度较高，但普遍存在检测周期长（数小时至数天）、依赖大型专业仪器、需专业人员操作等弊端，难以满足现场快速检测的需求，在资源有限地区的应用更是受到严重限制。

针对这一痛点，研究团队创新性地将纳米材料工程、微流控技术与智能手机便携平台相结合。在传感器核心设计上，团队采用室温共沉淀法合成了 CuCoPBA@MoS₂纳米复合材料，利用普鲁士蓝类似物（CuCoPBA）的多孔结构和丰富活性位点提升细菌吸附能力，同时借助二硫化钼（MoS₂）的高导电性构建连续电子传输网络，二者的协同效应显著增强了界面电子转移效率，大幅提升了传感器的信号灵敏度。在此基础上，研究人员通过固定刀豆球蛋白 A（Con A）作为生物识别元件，利用其对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌表面糖基的广谱结合特性，实现了对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等多种致病菌的无差别检测。

图 1：呈现 CuCoPBA@MoS₂纳米复合材料的合成流程，以及叉指微电极分步修饰与细菌传感的完整机理。

该传感器系统集成度高，整体由嵌入叉指微电极的微流控芯片、AD5933 阻抗分析模块和低功耗蓝牙微控制器组成，可通过锂电池供电，直接与智能手机连接。配套开发的 iOS 应用能够实现检测过程的自动控制、数据实时可视化及无线传输，无需专业知识即可完成操作。

图 2：展示集成叉指微电极的微流控芯片结构、无线电子系统架构，及智能手机一体化细菌检测的装置形态。

性能测试结果显示，该传感器对大肠杆菌的检出限低至 1.5 CFU/mL，对金黄色葡萄球菌为 2 CFU/mL，线性检测范围覆盖 10¹-10⁷ CFU/mL，完全满足临床诊断和食品安全检测的浓度要求。与传统方法相比，检测时间从数小时大幅缩短至 5 分钟。同时，设备展现出优异的稳定性和重现性，7 支平行电极的相对标准偏差仅为 1.25%，4℃储存 16 天后性能仅下降 2.11%。在实际牛奶样品的加标回收实验中，目标致病菌的回收率达到 94%-110%，检测结果与实验室大型电化学工作站 CHI660E 高度一致。

图 3：测试无线阻抗平台的电学性能与多次测量重复性，验证系统测量准确、运行稳定。

研究团队表示，这款便携式传感器突破了传统细菌检测的场地和设备限制，特别适用于食品加工厂现场抽检、农贸市场快速筛查以及偏远地区基层医疗机构的即时诊断。未来，通过优化生物识别元件，该技术还可拓展至病毒、真菌等其他病原体的检测，为构建新一代智能互联的生物安全监测体系提供重要技术支撑。

参考文献：Anwar M, Khalid S, Khan A, et al. Smartphone-assisted impedance sensor functionalized with CuCoPBA@ MoS2 interdigital microelectrodes for broad-spectrum bacterial detection[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2026, 465: 140253.